产生电磁噪声的机制

产生电磁噪声的机制

【导读】噪声抑制主要是以使用屏蔽和滤波器作为典型手段，在噪声传播的路径中实现噪声抑制。为了有效使用这些手段，对电磁噪声产生和传播机制的充分了解就尤为重要。

就噪声源而言，有三种因素: 噪声源、传播路径及天线（假设噪声干扰最终是以电磁波形式传播，天线亦包含在内），如图1(a)所示。如果是作为噪声受害者，可以使用完全相同的原理图，即图1(b)中所示，只需将图左右翻转，并将噪声源改为噪声接收器。这就意味着可以认为产生和接收噪声两种情况的机制是相同的。

首先，将对噪声产生的机制进行说明。

图1 EMC的三个因素

噪声源

有各种不同的情况会产生可以成为噪声源的电流。例如，一个电路的运行需要某一信号分量而对其他电路产生了问题。另一种情况，尽管没有电路需要此信号分量，但也不可避免产生噪声。有时噪声可能是由于疏忽而造成的。当然，噪声抑制的思维方式视每种情况而异。但如果您能了解特定的噪声是如何产生的，则处理将会变得较为容易。

在本章节中，我们将采用以下三种噪声源典型案例，介绍产生噪声的机制及一般应对策略。

1(i)信号

2(ii)电源

3(iii)浪涌

信号成为噪声源或受害方时

在文中，我们将主要用于传递信息的线称为信号线。通常为了通过电路传输信息，总是需要一定量的电流，即使是非常小的电流。随后，电流周围便产生了磁场。当电流随着信息而发生变化时，会向周围发射无线电波，从而便产生了噪声。随着信息量的增加，通过信号线的电流频率也随之增加，或可能需要更多的信号线。通常，电流频率越高，或信号线数量越多，发射的无线电波强度就越大。因此，电子设备的性能越高、处理的信息量越大、电子设备中所使用的信号线越多，就越容易产生噪声干扰。

传输信息的电路大致可分为模拟电路和数字电路，分别使用模拟信号和数字信号。从电路噪声的角度出发对其一般特性做如下说明。

图2 模拟信号和数字信号

模拟电路

当模拟电路为噪声源时，一般产生的噪声较少，因为模拟电路使用有限频率，并采用控制电流流动的设计情况较多。

但如果有能量外泄，则仍会产生噪声干扰。例如，电视和广播接收器采用一个具有恒定频率的信号，此频率称为本地震荡频率，以便从天线接收的无线电波中有选择地放大目标频率。如果此频率泄漏到外部，则可能对其他设备产生干扰。为了防止发生此情况，调谐器部分会被屏蔽，或在线路中使用EMI静噪滤波器。

图3 使用EMI静噪滤波器（穿心电容）的电子调谐器示例

相比之下，从噪声受害方考虑，由于模拟电路经常处理微弱信号，哪怕微小的波动信息都会受到影响，电路往往容易成为噪声受害方。例如，如果噪声进入音频放大电路的第一级（从麦克风进入等），扬声器会检测到噪声并进行放大，从而产生很响的噪声。为了防止发生此情况，高灵敏音频放大器会被屏蔽，或在线路中使用EMI静噪滤波器。

图4 以EMC为例模拟电路的特性

数字电路

把数字电路作为噪声源来看，由于在很短的时间内会发生0与1信号电平之间的转换，其中包含了极宽范围的频率成分，因此数字电路很可能成为噪声源。为了防止发射出噪声，因此在数字信号中使用了屏蔽和EMI静噪滤波器。但把数字电路作为噪声受害方来看，只有0和1两种状态（之间没有其他状态）来表示信号，且

具有相对较大的幅值。另外，即使有微弱的感应也不会影响信息，因此不太会成为噪声受害方。但如果达到很高电平噪声，则即使只有一瞬间，数据也会发生完全改变。因此，其对于静电放电之类的脉冲噪声是一个弱点。（静电放电也简称为ESD）

图5 数字电路对噪声具有较高的承受力，但更容易发出噪声

图6 以EMC为例数字信号的特性

电源成为噪声源时

由于电源本质上就是一个电路，仅提供直流电或商用频率，应该不太可能成为电磁噪声的起因或途径。但在许多情况中，其实际上成为了噪声的起因或途径。这是由于以下原因所导致的:

4(i)即使电压看似稳定，但其电流可能包含了大量的高频电流以运行电路5(ii)由于电源线在电路中是共享的线路，因此噪声会循环并会影响整个电路

6(iii)特别是接地往往是整个设备共享的，并提供了一个共同的电势，很难将其分离

7(iv)由于电源是设备的能量来源，噪声能量也会变大

电源产生噪声的典型例子是接触噪声和开关电源。

接触噪声是噪声的一种，是在用开关打开/关闭电源电流时在接触点产生的噪声

（关闭时噪声尤其强大）。由于产生了很高的电压，且短暂而又高频电流的流动传播无线电波，所以会造成电路故障或导致周边电子设备故障。

开关电源是通过使用半导体使电流间歇性流动，来改变电压和频率的一种电路。由于中断电流部分产生高频能量，当此能量泄漏到外部时便会造成噪声干扰。例如，图7中所示的断路器型DC-DC转换器通过使用晶体管使直流电流间歇性流动而输出电压。此类间歇性电流内含高频能量。尽管大部分能量通常被输入电容和/或输出平滑电路所吸收，但即使是少量泄漏也会成为周边电路的噪声源。为了消除开关电源时产生的噪声，除了输入电容器和/或输出平滑电路以外，还使用了LC低通滤波器（通过改善输入电容器和输出平滑电路的性能，也可以抑制噪声）。

除了DC-DC转换器以外，驱动电机的逆变器也是能产生噪声的开关电源的一种类型。

（断路器型降频转换器的简单模型）

图7 由DC-DC转换器产生噪声的机制

相比之下，把电源作为噪声受害方来看，电源是相对较难受到影响的电路。由于内部使用的能量较大，所以不容易受干扰的影响。

但电源可以是噪声传导的路径。如图8中所示，电源线是电子设备相互直接连接的导体，是噪声的一个重要传导路径。例如，当电子设备受到噪声影响时，或当电子设备发射噪声时，交流电源线便成为噪声的出入口。因此，很多电子设备在电源线中使用了EMI静噪滤波器。图9所示为交流电源EMI静噪滤波器的配置示例。

由于电源所使用的EMI静噪滤波器通常会吸取比信号电流明显更大的电流，因此需要有大电流吸取能力的元件。